Резонанца е физички феномен. Теорија и вистински примери. Резонанца - понекогаш штетна, понекогаш корисна Што е резонанца?

РЕЗОНАНЦА(француска резонанца, од латински resono - одговарам) - фреквентно селективен одговор на осцилациите. системи за периодични лок. удар, со што доаѓа до нагло зголемување на амплитудата на неподвижните. Забележано како се приближува надворешната фреквенција. влијание на одредени вредности карактеристични за даден систем. Во линеарни осцилации. системи, бројот на такви резонантни фреквенции одговара на бројот на степени на слобода и тие се совпаѓаат со фреквенциите природни вибрации. Во нелинеарни осцилации. системи, чиишто реактивни и дисипативни параметри зависат од големината на надворешното влијание, R. може да се манифестира и како одговор на надворешни влијанија. сила влијание, и како реакција на периодични. промена на поставките. Во строга смисла, терминот „Р“. се однесува само на случајот на сила.

Резонанца во линеарни системи со еден степен на слобода. Пример за наједноставниот случај на Р. е претставен со принудени осцилации, возбуден од надворешен извор - хармоничен emf ~ Е 0 cos pt соамплитуда Е 0и фреквенција стр- В осцилаторно коло(Сл. 1, а).

Ориз. 1. Осцилаторни системи со еден степен на слобода: секвенцијални ( А) и паралелно ( б) осцилаторни кола, математичко нишало ( В) и еластичен осцилатор ( Г),

Амплитуда xи фаза f на принудени осцилации [ q(t) = x cos( pt+f)] се одредуваат со амплитудата и фреквенцијата на екстерното. сила:

Каде Ф = E 0 /L, d = ( Р + Р и)/2Л.

Зависност од амплитуда Xстационарни принудни осцилации во зависност од фреквенцијата стрдвижечката сила со својата постојана амплитуда се нарекува. резонантна крива (сл. 2). Во линеарна осцилација. коло резонанца криви кои одговараат на различни Ф, се слични, а карактеристиката на фазна фреквенција f( стр) не зависи од амплитудата на силата.

Вложување на енергија во осцилации. контура пропорционална прв степен, а дисипацијата на енергија е пропорционална. квадратот на амплитудата на вибрациите. Ова обезбедува ограничување на амплитудите на стационарни принудни осцилации на R. Приближување на фреквенцијата стрда поседува фреквенцијата w 0 е придружена со зголемување на амплитудата на принудните осцилации, колку е поостри, толку е помал коефициентот. слабеење г. Кога R. струјата што тече низ колото е Јас == = px cos( pt + f - p/2), е во фаза со emf на страничниот извор (f = p/2). Намалувањето на амплитудата на присилните осцилации за време на неточно подесување се должи на нарушување на вофазното однесување на струјата и напонот во колото.

Важна карактеристика на резонантните својства на осцилациите. систем (осцилатор) е фактор на квалитет Q, по дефиниција, е еднаков на односот на енергијата складирана во системот со енергијата што се троши за време на периодот на осцилација, помножена со 2p. Кога се изложени на резонантна фреквенција, амплитудата на принудните осцилации xВ Ппати повеќе отколку во квази-статички. случај, кога бројот на периоди на осцилација, при што се воспоставува стационарна амплитуда, е исто така пропорционален. П. Конечно, ја одредува селективноста на фреквенцијата на резонантните системи. Пропусен опсег P. Dw, во рамките на кој амплитудата на принудните осцилации се намалува за фактор од X, обратна пропорција. фактор на квалитет: Dw = w 0 / П= 2д.

Кога Р. во електричен. кола, реактивниот дел од комплексната импеданса станува нула. Во исто време, во следните Колата за пад на напонот на серпентина и на кондензаторот имаат амплитуда QE 0 . Сепак, тие се собираат во антифаза и се откажуваат едни со други. Во паралелно коло (сл. 1, б) кога R., се јавува меѓусебна компензација на струите во капацитивните и индуктивните гранки. За разлика од сериските Р., со Кром лок. ефектот на сила се врши од извор на напон; во паралелно коло, резонантните феномени се реализираат само кога се надворешни. влијанието е поставено од тековниот извор. Според тоа, во низа Р. колото се нарекува напонско реле, а во паралелно коло - рециркулација на струјата. Ако генератор на напон е вклучен во паралелно коло наместо струен генератор, тогаш на резонантната фреквенција ќе се исполнат условите не максимална, туку минимална струја, бидејќи поради компензацијата на струите во гранките што содржат реактивни елементи, спроводливоста на колото се покажува како минимална (феномен против резонанца).

Слични карактеристики има и феноменот на Р. во машинството. и други осцилации. системи. Во линеарни системи, според принципот на суперпозиција, одговорот на системот на периодични несинусоидалниот ефект може да се најде како збир на одговорите на секоја од хармониците. компонента за удар. Ако периодот на несинусоидната сила е Т, тогаш резонантното зголемување на осцилациите може да се случи не само под услов w 0! 2 стр /Т, но во зависност од обликот Е(т) и под условите w 0 ! 2 стр n/T, Каде n= 1, 2,... (Р. за хармоници).

Кривите на резонанца се одредуваат со набљудување на промена на амплитудата на принудните осцилации или со бавно подесување на фреквенцијата стрпринудувајќи сила, или со бавна промена на имотот. фреквенција w 0 . Со висококвалитетен фактор на осцилаторот ( П 1) двата методи даваат речиси идентични резултати. Карактеристиките на фреквенцијата добиени со конечна брзина на промена на фреквенцијата се разликуваат од статичните. криви на резонанца што одговараат на бескрајно бавно подесување: до динамично. карактеристики на фреквенцијата постои поместување на максимумот во насока на подесување на фреквенцијата, пропорционално. m, каде е времето на релаксација на осцилациите во колото,

Ориз. 3. Статични и динамички амплитудно-фреквентни карактеристики резонанцасо различни стапки на пораст на фреквенцијата: p(t)= w 0 + t/m, m = 0(1) , 0,0625 (g), 0,25 (3), 0,695 ( 4) .

t*- време во кое фреквенцијата стре во рамките на резонантниот бенд Dw. Со брзото подесување на фреквенцијата, како што се зголемува m, висината се намалува и кривите на резонанцијата се шират, а нивната форма станува поасиметрична (сл. 3).

Резонанца во линеарни осцилаторни системи со неколку степени на слобода. Осцилација системи со неколку степените на слобода претставуваат збир на осцилатори кои содејствуваат. Пример е пар осцилации. кола поврзани поради меѓусебна индукција (сл. 4). Принудените осцилации во таков систем се опишани со равенките

Индуктивното спојување води до фактот дека осцилациите во одделот. кола не може да се појават независно еден од друг. Сепак, за какви било флуктуации. системи со неколку степени на слобода може да се користат за пронаоѓање на нормални координати, кои се линеарни комбинации на независни променливи. За нормални координати, систем од равенки сличен на (2) се трансформира во синџир на равенки за принудни осцилации од ист тип како и за единечни осцилации. контурите, со таа разлика што на секоја од нормалните координати влијаат силите што се применуваат, општо земено, во различни делови од вкупните осцилации. системи. Кога се разгледуваат законите за движење во нормални координати, важат сите закони за движење во системи со еден степен на слобода.

Ориз. 4. Осцилаторен систем со два степени на слобода - пар кола со спојување поради меѓусебна индукција.

Во сите делови на осцилациите се јавува резонантно зголемување на осцилациите. системи на исти фреквенции (сл. 5), еднакви на природните фреквенции. системски вибрации. Нормалните фреквенции не се совпаѓаат со делумните, т.е. со нивните. фреквенции на осцилаторите вклучени во целокупниот систем. Ако фреквенцијата на надворешната сила е еднаква на една од парцијалните фреквенции, тогаш во агрегатниот систем не се јавува R.. Напротив, во овој случај амплитудите на принудните осцилации достигнуваат минимум, слично на случајот со антирезонантноста во систем со еден степен на слобода. Способноста да се потиснат осцилациите, чија фреквенција е еднаква на една од парцијалните, се користи во електричните апликации. филтри и механички амортизери. двоумење.

Во систем кој се состои од слабо сврзани осцилатори со идентични парцијални фреквенции, резонантните максими што одговараат на затворените нормални фреквенции може да се спојат, така што фреквентниот одговор има еден максимум (сл. 6). Зголемувањето на спојувањето помеѓу осцилаторите доведува до зголемување на интервалот помеѓу нормалните фреквенции на системот. Промена на обликот на резонантните криви со коефициент на зголемување. врските се илустрирани на сл. 6. Систем на осцилатори со спојување блиску до критичната има фреквентен одзив кој е срамнет во близина на R, а стрмнината на неговите падини е поголема од онаа на еден осцилатор со исто ниво на загуби. Овој имот обично се користи за создавање на електричен ленти. филтри.

Ориз. 6. Криви на резонанција на осцилаторен систем со двојно коло на g П = 1(1 ), и 2(3); g = М/Л, Л 1 = Л 2 .

Резонанца во дистрибуирани осцилаторни системи. Во дистрибуирани системи (види Систем со дистрибуирани параметри)Амплитудата и фазата на осцилациите зависат од просторните координати. Линеарни дистрибуирани осцилации. системите се карактеризираат со збир на нормални фреквенции и природни фреквенции. функции, кои ја опишуваат просторната распределба на нивните сопствени амплитуди. двоумење. Резонантните својства (фактор на квалитет) на дистрибуираните системи се одредуваат не само од сопствените. со слабеење, но и со поврзување со околината, во која се испушта дел од енергијата на осцилацијата (електрична, еластична и сл.). Во дистрибуирани системи со висок фактор на квалитет ( П 1) , претставуваат принудени осцилации, чија просторна распределба на амплитудите е сопствена суперпозиција. функција (мод), а фазата на осцилација е иста во сите точки. Дејството на надворешните сили со фреквенции блиски до нивните доведува до резонантно зголемување на амплитудата на принудните осцилации во сите точки во волуменот на дистрибуираниот резонантен систем (резонатор).

Во дистрибуираните системи остануваат на сила сите општи својства на радијата.Посебна карактеристика на радиото во дистрибуираните системи (како и во системи со неколку степени на слобода) е зависноста на амплитудите на принудните осцилации не само од фреквенцијата, туку и од просторната распределба на движечката сила. R. настанува ако просторната распределба на надворешните силата го повторува својот облик. функции, а фреквенцијата е еднаква на соодветната нормална фреквенција. Ако просторната распределба на надворешната сила е неповолна, принудните осцилации не се возбудуваат. Ова се случува, особено, кога се применува концентрирана сила во точките за кои амплитудата на соодветната нормална вибрација станува нула. Така, со примена на концентрирана сила во точка која е нодална точка за движење на жицата, невозможно е да се возбудат нејзините осцилации, бидејќи работата што ја врши силата ќе биде нула. Ако распоредот на силите е таков што работата што ја извршуваат е различна. делови од системот, има спротивни знаци и генерално не доведува до промена на енергијата; присилните осцилации исто така не се возбудени.

Резонанца во нелинеарни осцилаторни системи. Во еластичните системи, нелинеарниот елемент е пружина, за која односот помеѓу деформацијата и еластичната сила е нелинеарен, т.е. е прекинат. Во електричен системи, пример за нелинеарен дисипативен елемент е диодата, чија карактеристика на струја-напон не го почитува законот на Ом. Нелинеарни реактивни (енергетски интензивни) елементи се кондензатори со или индуктори со феритни јадра. Параметрите на овие елементи се капацитивност, индуктивност, отпор, како и нивните сопствени. фреквенција и коефициент слабеењето во нелинеарни системи може да се смета за функции на струја или напон. Во исто време, во нелинеарни системи не држи принцип на суперпозиција.

Во нелинеарни системи, хармоничен. сила возбудува нехармонично. осцилации, во чиј спектар има повеќе фреквенции, затоа R. кај хармониците се јавува p со синусоидна надворешна. силата. Во осцилација системи со доволно висок квалитетен фактор и фреквентна селективност, макс. Амплитудата е онаа спектрална компонента чија фреквенција е блиску до фреквенцијата P. Имајќи ги предвид само осцилации со фреквенција блиска до резонантната, можно е и во овој случај да се добие фамилија на резонантни криви. За систем со нелинеарни реактивни (енергетски интензивни) елементи на r! w 0 овие криви се прикажани на сл. 7. Обликот на кривата на резонанца зависи од амплитудата на движечката сила и, како што се зголемува, таа станува сè поасиметрична. Бидејќи природната фреквенција Бидејќи осцилациите на нелинеарниот осцилатор зависат од нивната амплитуда, максимумите на кривите на резонанца се поместуваат кон повисоки или пониски фреквенции. Поаѓајќи од одредена вредност на амплитудата на силата, кривите на резонанца добиваат двосмислена форма во облик на клун. Во одреден опсег на фреквенции, стационарната амплитуда на принудните осцилации се испоставува дека зависи од историјата на воспоставување на осцилации (феноменот на хистереза ​​на осцилации). Во овој случај, делови од резонантните криви кои одговараат на нестабилни состојби се формираат на рамнината ( x, стр)регион на физички неостварливи модови (засенчени на Сл. 7).

Ориз. 7. Фамилија на криви на амплитуда-фреквенција во случај на нелинеарна резонанца при различни амплитуди на надворешната сила ( Ф 1 < Ф 2 < < Ф 3 < Ф 4 ) . Испрекината линија е нестабилен дел од кривата на резонанцијата. Регионот на нестабилни состојби е засенчен. Стрелките ги означуваат точките на нагли промени во амплитудите на осцилациите кога фреквенцијата е подесена нагоре ( АБ) и надолу (ЦД).

За феноменот на нелинеарно зрачење во распространетите осцилации. системите можат да прикажуваат суштества. влијание на ефектите на самофокусирање и формирање на ударни бранови, особено во случаи кога голем број бранови се вклопуваат по должината.

Феномени поврзани со резонанца. Во нелинеарни осцилации. надворешни системи периодични ударот предизвикува не само возбудување на принудните осцилации, туку и модулација на енергетски интензивни и дисипативни параметри. Феноменот на побудување на осцилации за време на периодични се нарекува модулација на енергетски интензивни параметри. параметарски резонанца.

Ако длабочината на модулацијата на енергетски интензивниот параметар е недоволна за да се возбуди параметарски Р., во осцилација. системот делумно ги компензира загубите. Резонантен одговор на дејство на слаб сигнал со фреквенција p! w 0 е иста како онаа на линеарен осцилатор со повисок фактор на квалитет. Покрај тоа, се формираат комбинирани флуктуации. фреквенции мр + n w M, каде што w M е фреквенцијата на модулација на параметарот, ако фреквенцијата се совпаѓа Ри (w M - Р) принудните осцилации во параметарски регенериран систем зависат од односите меѓу фазите на параметарскиот. влијание и слаба јачина (сигнал). Во овој случај, може да се случи и зголемување и намалување на амплитудата на принудните осцилации во споредба со отсуството на параметриски параметри. регенерација (појавите на „силна“ и „слаба“ Р.).

Ефектот на регенерација на загубите и зголемување на еквивалентниот фактор на квалитет се јавува кај резонантните системи со нелинеарни загуби, кои содржат елементи C негативен диференцијален отпорили позитивно коло повратни информации. Таквите системи се нарекуваат потенцијално самоосцилирачки. Ако е на потенцијално самоосцилирање. системот е под влијание на per-podich. сила значи. амплитуди со фреквенција Р, може да влијае на амортизацијата на осцилациите во системот така што во одреден дел од периодот на дејство на силата на амортизација таа станува негативна. Резултатот е потенцијално самоосцилирање. системот е возбуден од осцилации со фреквенција w блиску до неговата, ако дополнителниот услов w = Р/n. Се случува n= 1 одговара на синхронизацијата на надворешната фреквенција. Со сила. На n 2 овој феномен се нарекува. автопараметриски побудување, по аналогија со параметарска резонанца, за разлика од која со автопараметриска. За време на возбудувањето, модулацијата не се јавува на енергетски интензивните, туку на дисипативните параметри на системот.

Терминот „Р“. се користи и во однос на процесите во квантните системи, кога фреквенцијата е надворешна. влијанието (зрачењето) е еднакво на фреквенцијата на квантната транзиција, така што условот е задоволен

каде е енергијата, соодветно n -, m-ти нивоа на квантниот систем. Кога (3) е исполнето, веројатностите за квантни транзиции нагло се зголемуваат, што се манифестира како зголемување на интензитетот на размена на енергија - апсорпција и емисија (види. Квантна електроника, ласер).

R. може да биде причина за нестабилност и механичко уништување. инженерски конструкции и електро мрежи. Во претворувачите на вибрации, R. овозможува да се постигне амплитуди на еластични вибрации поради периодични дејство на релативно слаба сила. Во радиофизиката и радио инженерството, феноменот на зрачење лежи во основата на многумина. методи за филтрирање сигнали од различни фреквенции, откривање и примање слаби сигнали.

Осветлено:Горелик Г.С., Осцилации и бранови, второ издание, М., 1959; Стрелков С.П., Вовед во теоријата на осцилации, 2. изд., М., 1964; Харкевич А.А., Омилени. дела, том 2, М., 1973; Основи на теоријата на осцилации, ед. В.В. Мигулина, второ издание, М., 1988 година. G. V. Белокопитов.

Суштината на феноменот на резонанца (преведено од латински како „звучам како одговор“ или „одговарам“) е нагло зголемување на амплитудата на природните осцилации забележани во структури изложени на надворешни фактори. Главниот услов за неговото појавување е совпаѓањето на фреквенцијата на овие осцилации надвор од системот со сопствените фреквентни параметри, како резултат на што тие почнуваат да работат „во дует“.

Видови резонантни феномени

Најчесто, резонанца во физиката се забележува при проучување на таканаречените „линеарни“ формации, чии параметри не зависат од моменталната состојба. Нивните типични претставници се структури со еден степен на слобода (тие вклучуваат оптоварување суспендирано на пружина или коло со индуктивност и капацитивен елемент поврзани во серија).

Забелешка!Во двата од овие случаи, се претпоставува присуство на влијание надворешно на дадениот систем (механичко или електрично).

Да разгледаме што е резонанца и која е нејзината суштина подетално.

Феноменот на резонанца може да се забележи во структури со следниот механички уред. Да претпоставиме дека има оптоварување со маса М слободно обесено на еластична пружина. На него дејствува надворешна сила, чија амплитуда варира во зависност од синусоидот:

За да се процени природата на осцилациите на таков систем, неопходно е да се користи Хуковиот закон, според кој силата предизвикана од пружината е еднаква на kx, каде што x е големината на отстапувањето на масата M од просечната позиција. Коефициентот k ги опишува внатрешните својства поврзани со неговата еластичност.

Врз основа на овие претпоставки и по примена на едноставни математички пресметки, можно е да се добие резултат кој ни овозможува да ги извлечеме следните заклучоци:

• Присилните механички вибрации спаѓаат во категоријата хармонични појави кои имаат фреквенција што се совпаѓа со истиот параметар за надворешниот стимул;
• Амплитудата (распон), како и фазните карактеристики на механичките структури зависат од тоа како неговите сопствени параметри се во корелација со карактеристиките на хармоничниот ефект;
• Кога сигнал или механички ефект кој не се менувал според синусоидалниот закон бил применет на линеарен систем, феномените на резонанција биле забележани само во посебни ситуации;
• За нивниот изглед, потребно е надворешната пумпа (сигнал) да содржи хармонични компоненти споредливи со природната фреквенција на системот.

Секоја од овие компоненти, дури и ако се најдат неколку од нив, ќе предизвика свој резонантен одговор. Покрај тоа, сложениот одговор (според принципот на суперпозиција) е еднаков на збирот на истите одговори забележани од дејството на секоја од надворешните хармонични компоненти.

Важно!Во случај кога таквиот ефект воопшто не содржи компоненти со слични фреквенции, резонанца воопшто не може да се појави.

За да се анализираат сите компоненти на мешавините кои резонираат со системските фреквенции, се користи методот Фурие, кој овозможува разложување на сложена осцилација на произволна форма во наједноставните хармонични компоненти.

Електрично осцилаторно коло

Во електричните кола што се состојат од капацитивна компонента C и индуктор L, при набљудување на резонантните феномени, неопходно е да се направи разлика помеѓу следниве две ситуации со различни карактеристики:

• Сериско поврзување на елементи во коло;
• Нивното паралелно вклучување.

Во првиот случај, кога природните осцилации се совпаѓаат со фреквенцијата на надворешното влијание (EMF), менувајќи се според синусоидален закон, се забележуваат остри изливи на амплитуда, кои се совпаѓаат во фаза со надворешниот извор на сигнал.

Кога истите елементи се поврзани паралелно под влијание на надворешен хармоничен ЕМП, се појавува феноменот на „анти-резонанца“, кој се состои од нагло намалување на амплитудата на ЕМП.

Дополнителни информации.Овој ефект, наречен паралелен (или резонанца на струи), се објаснува со неусогласеноста во фазите на природните и надворешните осцилации на ЕМП.

На резонантните фреквенции, реактансите на секоја од паралелните гранки се изедначени по вредност, така што во нив течат струи со приближно иста амплитуда (но тие секогаш се надвор од фаза).

Како резултат на тоа, тековниот сигнал заеднички за целото коло е за редослед на големина помал. Овие својства совршено го опишуваат однесувањето на филтерските кола и синџири, во кои употребата на резонанца за електрични потреби е многу јасно изразена.

Комплексни вибрациони структури

Во системи со линеарни карактеристики, кои се карактеризираат со употреба на неколку (две во одреден случај) кола, резонантните феномени се можни само ако постои врска меѓу нив.

Следниве правила важат за поврзаните контури:

• Тие ги задржуваат сите основни својства на линеарни структури со едно коло;
• Во такви кола, можни се осцилации на две резонантни фреквенции, наречени нормални;
• Ако присилното влијание не се совпаѓа по фреквенција со ниту еден од нив, кога непречено се менува, „одговорот“ во системот ќе се појави последователно на секој;
• Во овој случај, неговиот график ќе има форма на споена или двојна резонанца со тап врв и две мали рафали („грпки“);
• Кога нормалните фреквенции не се многу различни една од друга и се блиску до истиот параметар за надворешниот EMF, одговорот на системот ќе има иста форма, но двете „грбови“ практично ќе се спојат во една;
• Обликот на кривата на резонанца во вториот случај ќе има речиси ист изглед како во линеарната верзија со едно коло.

Во кола со многу степени на слобода, во основа се зачувани истите реакции како во системи со два параметри.

Нелинеарни системи

Одговорот на системите чии карактеристики се одредени со моменталната состојба (тие се нарекуваат нелинеарни) има посложена форма и се карактеризира со асиметрични манифестации. Последните зависат од односот на карактеристиките на надворешните влијанија и фреквенциите на природните принудни осцилации на системот.

Забелешка!Во овој случај, тие можат да се појават како фракциони делови на фреквенции кои влијаат на системот на осцилации или во форма на множители од нив.

Пример за одговори забележани во нелинеарни системи се таканаречените ферорезонантни феномени. Можни се во електрични кола кои вклучуваат индуктивност со феромагнетно јадро, а спаѓаат во категоријата структурни.

Последново се објаснува со особеностите на составот на материјата на атомско ниво, при проучувањето се открива дека феромагнетните структури се збир од огромен број елементарни магнети (врти). Секоја од овие состојби како одговор на надворешното „пумпање“ е одредена од многу различни фактори, односно се манифестира во технологијата како нелинеарна.

Како заклучок, треба да се сумира дека, без оглед на видот на системот што се проучува, суштината на феномените на резонанца лежи во набљудувањето на одговорите на осцилаторните структури на надворешните влијанија што се применуваат врз нив. Темелното проучување на овие физички феномени ни овозможува да добиеме практични резултати кои го олеснуваат воведувањето на сосема нови технологии во производството.

Видео

Својата најголема вредност ја достигнува кога фреквенцијата на движечката сила е еднаква на природната фреквенција на осцилаторниот систем.

Карактеристична карактеристика на принудните осцилации е зависноста на нивната амплитуда од фреквенцијата на промените во надворешната сила. За да ја проучите оваа зависност, можете да го користите поставувањето прикажано на сликата:

Пружинско нишало е поставено на рачка со рачка. Кога рачката се ротира подеднакво, периодично променлива сила се пренесува на товарот преку пружина. Менувањето со фреквенција еднаква на фреквенцијата на ротација на рачката, оваа сила ќе предизвика товарот да изврши принудни вибрации. Ако ја ротирате рачката на чудакот многу бавно, тежината заедно со пружината ќе се движи нагоре и надолу на ист начин како и точката на потпирање ЗА. Амплитудата на принудните осцилации ќе биде мала. Со побрзо вртење, товарот ќе почне посилно да осцилира и со фреквенција на ротација еднаква на природната фреквенција на пружинското нишало ( ω = ω писок), амплитудата на неговите осцилации ќе достигне максимум. Со дополнително зголемување на фреквенцијата на ротација на рачката, амплитудата на присилните осцилации на товарот повторно ќе стане помала. Многу брзо вртење на рачката ќе го остави товарот речиси неподвижен: поради неговата инерција, пружинското нишало, немајќи време да ги следи промените во надворешната сила, едноставно ќе трепери на своето место.

Феноменот на резонанца може да се демонстрира и со нишало на жици. На шина закачуваме масивна топка 1 и неколку нишала со конци со различна должина. Секое од овие нишала има своја фреквенција на осцилација, која може да се одреди со познавање на должината на жицата и забрзувањето на гравитацијата.

Сега, без да ги допираме светлосните нишала, ја вадиме топката 1 од нејзината рамнотежна положба и ја ослободуваме. Замавнувањето на масивната топка ќе предизвика периодични осцилации на решетката, како резултат на што периодично променливата еластична сила ќе почне да дејствува на секое од светлосните нишала. Фреквенцијата на нејзините промени ќе биде еднаква на фреквенцијата на осцилациите на топката. Под влијание на оваа сила, нишалата ќе почнат да вршат принудни осцилации. Во овој случај, нишалата 2 и 3 ќе останат речиси неподвижни. Нишалата 4 и 5 ќе осцилираат со малку поголема амплитуда. И кај нишалото б, со иста должина на конецот и, според тоа, природна фреквенција на осцилации како топката 1, амплитудата ќе биде максимална. Ова е резонанца.

Резонанца се јавува поради фактот што надворешната сила, дејствувајќи на време со слободните вибрации на телото, врши позитивна работа цело време. Поради оваа работа, енергијата на осцилирачкото тело се зголемува, а амплитудата на осцилациите се зголемува.

Нагло зголемување на амплитудата на принудните осцилации кај ω = ω писокповикани резонанца.

Промената на амплитудата на осцилациите во зависност од фреквенцијата со иста амплитуда на надворешната сила, но со различни коефициенти на триење и е прикажана на сликата подолу, каде што кривата 1 одговара на минималната вредност, а кривата 3 одговара на максималната.

Од сликата може да се види дека има смисла да се зборува за резонанца ако придушувањето на слободните осцилации во системот е мало. Инаку, амплитудата на принудните осцилации на ω = ω 0 малку се разликува од амплитудата на осцилациите на другите фреквенции.

Феноменот на резонанца во животот и технологијата.

Резонанца феноменможе да игра и позитивна и негативна улога.

Познато е, на пример, дека дури и дете може да замавнува со тешкиот „јазик“ на големо ѕвоно, но само ако навреме го повлече јажето со слободните вибрации на „јазикот“.

Дејството на фреквенцискиот мерач на трска се заснова на употреба на резонанца. Овој уред е збир на еластични плочи со различни должини зајакнати на заедничка основа. Позната е природната фреквенција на секоја плоча. Кога мерачот на фреквенција доаѓа во контакт со осцилаторен систем, чија фреквенција треба да се одреди, плочата чија фреквенција се совпаѓа со измерената фреквенција почнува да осцилира со најголема амплитуда. Со забележување која плоча е влезена во резонанца, ќе ја одредиме фреквенцијата на осцилација на системот.

Феноменот на резонанца може да се сретне и кога е целосно непожелен. Така, на пример, во 1750 година, во близина на градот Анже во Франција, еден одред војници чекореа низ синџирниот мост долг 102 метри. Фреквенцијата на нивните чекори се совпадна со фреквенцијата на слободните вибрации на мостот. Поради ова, опсегот на вибрации на мостот нагло се зголеми (се појави резонанца), а колата се прекинаа. Мостот се урнал во реката.

Во 1830 година, висечки мост во близина на Манчестер во Англија се урна од истата причина додека воен одред маршираше по него.

Во 1906 година, Египетскиот мост во Санкт Петербург, преку кој минувала коњаничка ескадрила, се урнал поради резонанца.

Сега, за да се спречат ваквите случаи, на воените единици, при преминувањето на мостот, им се наредува да „чукаат со нозе“, да одат не во формација, туку со слободно темпо.

Ако воз минува низ мост, тогаш, за да избегне резонанца, го поминува или со бавна брзина, или, обратно, со максимална брзина (така што фреквенцијата на тркалата што удираат во спојниците на шината не е еднаква на природната фреквенција на мостот).

Самиот автомобил (осцилирајќи на неговите пружини) исто така има своја фреквенција. Кога зачестеноста на ударите на неговите тркала на спојниците на шината ќе се покаже дека е еднаква на неа, автомобилот почнува насилно да се ниша.

Феноменот на резонанца се јавува не само на копно, туку и во морето, па дури и во воздухот. На пример, на одредени фреквенции на вратилото на пропелерот, цели бродови доаѓаа во резонанца. И во зората на развојот на авијацијата, некои мотори на авиони предизвикаа толку силни резонантни вибрации на делови од авионот што се распадна во воздухот.

Често го слушаме зборот резонанца: „јавна резонанца“, „настан што предизвика резонанца“, „резонантна фреквенција“. Сосема познати и обични фрази. Но, можете ли да кажете што точно е резонанца?

Ако одговорот ви искочи, ние сме навистина горди на вас! Па, ако темата „резонанца во физиката“ покренува прашања, тогаш ве советуваме да ја прочитате нашата статија, каде што ќе разговараме детално, јасно и накратко за таков феномен како резонанца.

Пред да зборувате за резонанца, треба да разберете што се осцилации и нивната фреквенција.

Осцилации и фреквенција

Осцилациите се процес на менување на состојбите на системот, кој се повторува со текот на времето и се случува околу точката на рамнотежа.

Наједноставниот пример за осцилација е возењето на лулашка. Го прикажуваме со причина; овој пример ќе ни биде корисен за да ја разбереме суштината на феноменот на резонанца во иднина.

Резонанца може да се појави само таму каде што има вибрации. И не е важно какви вибрации се тие - флуктуации на електричниот напон, звучни вибрации или едноставно механички вибрации.

На сликата подолу опишуваме какви флуктуации може да бидат.

Патем! За нашите читатели сега има попуст од 10%. секаков вид на работа

Осцилациите се карактеризираат со амплитуда и фреквенција. За нишалките веќе споменати погоре, амплитудата на осцилација е максималната висина до која лета нишалката. Можеме и бавно или брзо да замавнуваме со лулашката. Во зависност од ова, фреквенцијата на осцилации ќе се промени.

Фреквенцијата на осцилации (измерена во Херци) е бројот на осцилации по единица време. 1 Херц е една осцилација во секунда.

Кога замавнуваме замав, периодично нишајќи го системот со одредена сила (во овој случај, замавот е осцилаторен систем), тој врши принудни осцилации. Зголемување на амплитудата на осцилациите може да се постигне ако на одреден начин се влијае на овој систем.

Со притискање на замавот во одреден момент и со одредена периодичност, можете да го замавнете прилично силно, користејќи многу малку труд.Ова ќе биде резонанца: фреквенцијата на нашите влијанија се совпаѓа со фреквенцијата на осцилациите на замавот и амплитудата на се зголемуваат осцилациите.

Суштината на феноменот на резонанца

Резонанца во физиката е фреквентно селективен одговор на осцилаторниот систем на периодично надворешно влијание, што се манифестира во нагло зголемување на амплитудата на стационарни осцилации кога фреквенцијата на надворешното влијание се совпаѓа со одредени вредности карактеристични за даден систем. .

Суштината на феноменот на резонанца во физиката е дека амплитудата на осцилациите нагло се зголемува кога фреквенцијата на влијание врз системот се совпаѓа со природната фреквенција на системот.

Познати се случаите кога мостот по кој марширале војници одекнувал од чекорот на маршот, се занишал и се урнал. Патем, затоа сега, кога го минуваат мостот, војниците треба да одат со слободно темпо, а не во чекор.

Примери за резонанца

Феноменот на резонанца е забележан во различни физички процеси. На пример, звучна резонанца. Ајде да земеме гитара. Звукот на самите жици на гитарата ќе биде тивок и речиси нечуен. Сепак, постои причина што жиците се инсталирани над телото - резонаторот. Откако ќе влезе во телото, звукот од вибрациите на жицата се засилува, а оној што ја држи гитарата може да почувствува како таа почнува благо да се „тресе“ и да вибрира од ударите на жиците. Со други зборови, резонирајте.

Друг пример за набљудување на резонанца со кој се среќаваме се круговите на вода. Ако фрлите два камења во водата, брановите што минуваат од нив ќе се сретнат и ќе се зголемат.

Дејството на микробранова печка исто така се заснова на резонанца. Во овој случај, резонанца се јавува во молекулите на водата кои апсорбираат микробранова радијација (2.450 GHz). Како резултат на тоа, молекулите резонираат, вибрираат посилно и температурата на храната се зголемува.

Резонанца може да биде и корисна и штетна. И читањето на статијата, како и помошта на нашата студентска служба во тешки образовни ситуации, ќе ви донесе само корист. Ако, додека ги завршувате вашите предмети, треба да ја разберете физиката на магнетната резонанца, можете безбедно да ја контактирате нашата компанија за брза и квалификувана помош.

Конечно, предлагаме да гледате видео на тема „резонанца“ и да се уверите дека науката може да биде возбудлива и интересна. Нашата услуга ќе помогне со која било работа: од есеј за „Интернет и компјутерски криминал“ до предмет за физика на осцилациите или есеј за литература.

Зборот „резонанца“ луѓето го користат секој ден на различни начини. Го изговараат политичарите и ТВ презентерите, пишуваат научници во нивните дела и го проучуваат ученици на часови. Овој збор има неколку значења кои се однесуваат на различни области на човековата активност.

Од каде доаѓа зборот резонанца?

Сите ние за прв пат учиме што е резонанца од училишен курс по физика. Во научните речници, на овој термин му е дадено детално објаснување од гледна точка на механиката, електромагнетното зрачење, оптиката, акустиката и астрофизиката.

Од техничка гледна точка, резонанца е феномен на одговор на осцилаторниот систем, а не надворешно влијание. Кога периодите на влијание и одговор на системот се совпаѓаат, се јавува резонанца - нагло зголемување на амплитудата на осцилациите за кои станува збор.

Наједноставниот пример за механичка резонанца е даден во неговите дела од средновековниот научник Торичели. Прецизна дефиниција на феноменот на резонанца даде Галилео Галилеј во неговата работа за нишалата и звукот на музичките жици. Што е електромагнетна резонанца, објаснето во 1808 година од Џејмс Максвел, основач на модерната електродинамика.

Можете да дознаете што е „резонанца“ не само на Википедија, туку и во следните референтни публикации:

• учебници по физика за 7-11 одделение;
• физичка енциклопедија;
• научно-технички енциклопедиски речник;
• речник на странски зборови на руски јазик;
• филозофска енциклопедија.

Резонанца во полемиката и реториката

Зборот „резонанца“ доби друго значење во областа на општествените науки. Овој збор се однесува на одговорот на јавноста на одреден феномен во животот на луѓето, одредена изјава или инцидент. Вообичаено, зборот „резонанца“ се користи кога нешто предизвикува многу луѓе да имаат слична и многу силна реакција во исто време. Постои дури и најчесто користен израз „широка јавна резонанца“, што е говорно клише. Најдобро е да го избегнувате во сопствениот говор, писмен или устен.

Во филозофскиот речник, резонанцијата се толкува како концепт кој има фигуративно значење и се подразбира како договор или истомислење на двајца луѓе, две души во сочувство, сочувство или антипатија, сочувство или огорченост.

Во значењето на „силен одговор“, „едногласна проценка“, зборот резонанца е многу популарен кај политичарите, говорниците и најавувачите. Тоа помага да се пренесе емоционален подем, едногласен импулс и да се нагласи значењето на она што се случува.

Каде се среќаваме со резонанца?

Во буквална смисла, зборот резонанца треба да се користи во однос на многу природни процеси што се случуваат околу нас. Сите деца кои се возат на редовна лулашка или рингишпил на игралиште експлоатираат механичка резонанца.

Домаќинки, загревање храна во микробранова печка, користат електромагнетна резонанца. Телевизиската и радио радиодифузната мрежа, работата на мобилните телефони и Wi-Fi за Интернет се изградени врз принципите на резонанца.

Звучната резонанца ни овозможува да уживаме во музика или да се препуштаме на ехо во планините и затворените простори каде што ѕидовите немаат доволно звучна изолација. Работата на ехо звучниците и многу други мерни инструменти се заснова на принципот на акустична резонанца.

Зошто резонансата е опасна?

Во природна научна смисла, резонанца како феномен не само што може да биде корисна за луѓето, туку и опасна. Највпечатлив пример е градежништвото.

При дизајнирање згради и конструкции, строго се неопходни структурни пресметки за резонанца. Така се пресметуваат сите висококатници, кули, носачи на далноводи, преносни и приемни антени, како и високи згради кои резонираат со ветрови на голема надморска височина.

Сите мостови и продолжени објекти мора да се проверат за резонанца. Во 2010 година, низ целиот интернет се рашири видео од мост преку Волга, кој се шири како свилена лента. Резултатите од истрагата покажаа дека конструкциите на мостот резонирале со ветер.

Сличен инцидент се случи и во САД. На 7 ноември 1940 година, еден од распоните на висечкиот мост Такома, кој се наоѓа во државата Вашингтон, се урна. Дури и за време на изградбата, експертите забележаа вибрации на палубата на мостот поврзани со ветерот и малата висина на потпорите. Како резултат на уривањето, беа извршени бројни студии и пресметки, кои станаа основа за модерни технологии за изградба на мостови. Меѓу специјалистите се појави дури и терминот „Мост Такома“, што значи слаб квалитет на градежните пресметки.

Секој од нас секојдневно се среќава со резонанца. Овој феномен треба да го запомните во секојдневниот живот, без разлика дали ќе одлучите да се лулате на пешачки мост или да ставите метален прибор во микробранова печка (ова е забрането со правилата). И самиот збор „резонанца“ може да се користи во вашиот говор за да го украсите и да го подобрите впечатокот од она што го кажавте.